Патент на изобретение №2307225

(54) МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД БУРОВОГО НАСОСА

(57) Реферат:

Изобретение относится к оборудованию для добычи полезных ископаемых и может быть использовано в составе бурового насоса для добычи нефти в труднодоступных районах. Привод бурового насоса состоит из сварной рамы 1, на которой крепятся корпуса 2 подшипников качения, являющихся опорами коленчатого вала 3. На шейках коленчатого вала шарнирно установлены шатуны 4, которые шарнирно соединяются с ползунами 5, каждый из которых имеет деталь 9, предназначенную для соединения с поршнем насоса. Для закрепления корпуса насоса на раме имеются центрирующие отверстия “К” и крепежные отверстия. Каждый ползун перемещается по двум направляющим качения, каждая из которых состоит из опорного узла 6, закрепленного на раме, и подвижного узла 7, закрепленного на ползуне. На любой корпус 2 подшипника крепится навесной планетарный редуктор, который соединяется при работе с двигателем. В приводе используются индивидуальные корпуса под подшипники качения, коленчатый вал выполнен сборным и состоит из плит, пустотелых шеек и цапф, а редуктор – навесным планетарным. Технический результат заключается в уменьшении веса и габаритов механического привода бурового насоса, а также повышении его надежности и долговечности. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к оборудованию для добычи полезных ископаемых и может быть использовано в составе бурового насоса для добычи нефти в труднодоступных районах.

Известен буровой насос «УНБ-600», механический привод которого состоит из литого корпуса, внешней ременной передачи и кривошипно-ползунного механизма [1].

Основными недостатками данного оборудования являются его большой вес и габариты. Поэтому данное оборудование невозможно доставлять к месторождениям нефти, с которыми нет наземного сообщения, или его сложно проложить. Следует отметить, что в Российской Федерации многие месторождения нефти располагаются именно в таких районах.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является механическая часть бурового насоса, “PZH (PZ-8) Triplex Mud Pump” [2], которая выбрана в качестве прототипа. Данное устройство состоит из сварной рамы, имеющей плоскую форму, к которой крепятся насос с тремя цилиндрами и его механическая часть – привод, расположенный в одном литом корпусе, а также дополнительное оборудование. В свою очередь механический привод бурового насоса состоит из зубчатого редуктора, выполненного в виде одной ступени цилиндрических колес с внешним зацеплением, целого коленчатого вала, на шейках которого шарнирно установлены шатуны ползунов, каждый из которых шарнирно соединен с шатуном и жестко соединен с поршнем насоса, подшипников качения, являющихся опорами коленчатого вала. Входной вал редуктора имеет два участка, расположенные с разных сторон литого корпуса, предназначенные для соединения с двигателем. В качестве выходного вала редуктора используется участок коленчатого вала. Каждый ползун выполнен в виде крейцкопфного механизма, в котором бронзовый крейцкопф скользит по направляющим. Однако данное устройство имеет также достаточно большой вес и габариты, что усложняет его доставку в труднодоступные регионы нефтедобычи и последующий монтаж по следующим причинам. В рассматриваемом устройстве используется одноступенчатый цилиндрический редуктор, который имеет большое по размерам колесо и малое передаточное отношение. Данное колесо устанавливается на выходном валу редуктора, а выходной вал совмещен с коленчатым валом. Отсюда ось указанного колеса и коленчатого вала располагается высоко от основания редуктора (сварной рамы). Это, в свою очередь, приводит к необходимости иметь большой по размерам корпус. Нижняя (картерная) часть указанного корпуса передает нагрузку с коленчатого вала на раму. Следовательно, она должна быть прочной и жесткой, что также приводит к увеличению веса корпуса, который, являясь чугунным, имеет меньшие, чем сталь, модуль упругости и прочностные характеристики. Совмещение выходного вала редуктора с коленчатым валом приводит к увеличению его длины, снижению жесткости и увеличению нагрузки на опорные подшипники, что также требует увеличения диаметральных размеров и веса указанного вала, а также требуются подшипники качения большой грузоподъемности. Увеличение диаметральных размеров указанного вала, в том числе и шеек для установки шатунов приводит к увеличению типоразмера подшипников для установки шатунов и размеров самих шатунов. Из-за того, что сварная рама имеет плоскую форму, для крепления насоса и его механического привода требуются большие размеры рамы в плане и ее вес, а из-за того, что ось коленчатого вала располагается высоко относительно рамы, для крепления насоса требуется дополнительная опора. В крейцкопфном механизме крейцкопф скользит по направляющим, что снижает надежность и долговечность всего привода, а также приводит к необходимости остановки добычи нефти для замены крейцкопфного механизма. Все перечисленные недостатки данного устройства существенно усложняют его использование в труднодоступных районах нефтедобычи [2].

Задачей изобретения является уменьшение веса и габаритов механического привода бурового насоса, а также повышение его надежности и долговечности.

Поставленная задача достигается тем, что механический привод бурового насоса снабжен двумя корпусами с уплотнениями, в каждом из которых установлен подшипник качения, и направляющими качения с уплотнениями, каждая из которых состоит из опорного и подвижного узлов, зубчатый редуктор выполнен планетарным, корпус зубчатого редуктора выполнен навесным, а коленчатый вал – сборным, причем на каждом ползуне закреплены подвижные узлы двух направляющих качения, опорные узлы всех направляющих качения закреплены на сварной раме на одинаковом расстоянии от оси коленчатого вала, а последний состоит из жестко соединенных между собой плит и шеек, выполненных в виде толстостенных труб, а также цапф под подшипники качения, выполненных в виде полых деталей и имеющих конструктивные элементы для соединения с выходным валом редуктора, при этом каждый корпус подшипника качения имеет центрирующие поверхности для установки корпуса редуктора и детали для его закрепления, а рама имеет пространственную форму, и ее основные несущие детали выполнены из полых профилей. Кроме того, соединение каждой цапфы под подшипник качения с соответствующей плитой выполнено с помощью профильного соединения.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:

– на фиг.1 показан общий вид привода;

– на фиг.2 показан вид А на фиг.1;

– на фиг.3 показан вид Б на фиг.1;

– на фиг.4 показан вид В на фиг.1;

– на фиг.5 показан вид Г на фиг.3 (увеличен);

– на фиг.6 показан разрез по Д-Д на фиг.1 (увеличен);

– на фиг.7 показан разрез по Е-Е на фиг.5 (повернут и увеличен);

– на фиг.8 показан общий вид коленчатого вала (увеличен);

– на фиг.9 показан вид Ж на фиг.8 (увеличен);

– на фиг.10 показан разрез по И-И на фиг.9 (повернут и увеличен);

Механический привод бурового насоса, см. фиг.1, состоит из сварной рамы 1, на которой закреплены два корпуса 2, предназначенные для установки коленчатого вала 3. На каждой шейке коленчатого вала 3 шарнирно установлены шатуны 4, которые также шарнирно соединены с ползунами 5, см. фиг.1.

Каждый ползун 5 перемещается по двум направляющим, каждая из которых состоит из опорного узла 6 и подвижного узла 7, см. фиг.1, 2 и 6. Подвижные узлы 7 направляющих, см. фиг.6, закреплены на ползунах 5, опорные узлы 6 – на сварной раме 1, а с помощью уплотнений 8 в направляющих удерживается смазка и они защищены от попадания грязи и воды.

На каждом ползуне 5, см. фиг.1, закреплена деталь 9, предназначенная для соединения с поршнем насоса (насос на чертежах не показан). Для закрепления корпуса насоса на сварной раме 1, см. фиг.4, предназначены базовые отверстия “К” и отверстия “Л” под резьбовые крепежные детали, которые на чертежах, как и насос, не показаны.

Коленчатый вал 3, см. фиг.3, может любым концом соединяться с навесным планетарным редуктором 10, имеющим входной вал 11 с участком “М”, предназначенным для соединения с двигателем, который на чертежах не показан. Редуктор 10 может быть установлен на любом корпусе 2, см. фиг.3, с помощью специальных крышек 12, шпилек 13, гаек 14 со стопорными шайбами 15 и штифтов 16.

Коленчатый вал, см. фиг.8, состоит из жестко соединенных между собой плит 17, шеек 18 и цапф 19. На цапфах устанавливаются подшипники качения 20 с уплотнениями 21, см. фиг.7, которые, в свою очередь, устанавливаются в корпусах 2. Шейки 18 выполнены для снижения веса в виде толстостенных труб, а цапфы 19 – в виде полых деталей. В плитах 17 выполнены глухие отверстия “Н” для соединения с шейками 18 по посадке с натягом. В крайних плитах выполнены поднутрения “П” квадратной формы для профильного соединения с натягом плиты и соответствующей шейки, см. фиг.9. Кроме того, в шейках выполнены сквозные отверстия для крепления шеек к плитам с помощью шпилечных соединений, см. фиг.10.

Особенность сборки механического привода бурового насоса заключается в следующем. Берем левую плиту, см. фиг.8, и в правый ее торец вворачиваем шпильки. Также в правые торцы двух средних плит, см. фиг.8, вворачиваем шпильки. Последовательно на каждую плиту со стороны шпилек устанавливаем шейку, которую запрессовываем в глухое отверстие плиты. При этом шпильки проходят в сквозные отверстия, выполненные в шейках, см. фиг.10. На шейку, соединенную с левой плитой, устанавливаем шатун с подшипником, который является шарниром для шатуна, установленного на коленчатом валу. Затем полученный узел соединяем со следующей плитой, которая соединена с шейкой. Положения шпилек, которые ввернуты в левую плиту, и их длина подобраны таким образом, что резьбовые участки указанных шпилек выступают с правого торца следующей плиты на длину, необходимую для того, чтобы можно было установить стопорную шайбу и затянуть гайку. Далее на шейку, соединенную со следующей плитой, устанавливаем шатун с подшипником и так далее. Сборка завершается установкой на крайних плитах, см. фиг.8, цапф, которые крепятся к этим плитам винтами со стопорными шайбами.

Сборка несколько упрощается, если каждый подшипник, который является шарниром для шатуна, установленного на коленчатом валу, имеет разборную по осевой плоскости конструкцию. В этом случае шатун также необходимо изготавливать разборным. При такой сборке снижается грузоподъемность указанного подшипника и жесткость шатуна, изготовление которого становится более дорогим.

Механический привод бурового насоса работает следующим образом. Входной вал навесного планетарного редуктора соединяется муфтой с валом двигателя, см. фиг.3. На сварной раме 1, см. фиг.1 и 4, крепится насос, поршни которого соединяются с деталями 9 ползунов 5. Двигатель включается и вращает коленчатый вал, ползуны, совершая возвратно-поступательное движение по направляющим, передают указанное движение поршням насоса. Насос перекачивает жидкость.

Устройство-прототип, имея большой вес и габариты, сложно доставить в труднодоступные районы нефтедобычи, а также перемещать его в районе нефтедобычи. Кроме того, по тем же причинам сложнее производить сборку с насосом и двигателем, а также ремонт и замену комплектующих. Заявляемое устройство, являющееся приводом для такого же насоса и приводимое тем же двигателем, что и устройство-прототип, имеет примерно в 2…2,5 раз меньший вес и в 1,5 раза меньшие габариты. Отсюда предлагаемое устройство легче доставить в труднодоступные районы нефтедобычи, легче транспортировать и проще осуществлять сборку и ремонт. Устройство-прототип оснащено крейцкопфным механизмом, имеющим малую долговечность и для замены которого необходимо останавливать привод и производить разборку-сборку. В заявляемом устройстве крейцкопфный механизм заменен направляющими качения, имеющими большую долговечность, благодаря этому не требуются остановки привода для замены износившихся деталей.

Источники информации

Формула изобретения

1. Механический привод бурового насоса, содержащий закрепленные на сварной раме зубчатый редуктор, имеющий выходной вал и входной вал с участком, предназначенным для соединения с двигателем, коленчатый вал, установленный на двух подшипниках качения с шейками, на каждой из которых шарнирно установлен шатун, ползуны, каждый из которых шарнирно соединен с шатуном и имеет деталь, предназначенную для соединения с поршнем насоса, отличающийся тем, что механический привод бурового насоса снабжен двумя корпусами с уплотнениями, в каждом из которых установлен подшипник качения, и направляющими качения с уплотнениями, каждая из которых состоит из опорного и подвижного узлов, зубчатый редуктор выполнен планетарным, его корпус – навесным, а коленчатый вал – сборным, причем на каждом ползуне закреплены подвижные узлы двух направляющих качения, опорные узлы всех направляющих качения закреплены на сварной раме на одинаковом расстоянии от оси коленчатого вала, а последний состоит из жестко соединенных между собой плит, шеек, выполненных в виде толстостенных труб, и цапф под подшипники качения, выполненных в виде полых деталей и имеющих конструктивные элементы для соединения с выходным валом редуктора, при этом каждый корпус подшипника качения имеет центрирующие поверхности для установки корпуса редуктора и детали для его закрепления, а рама имеет пространственную форму, и ее основные несущие детали выполнены из полых профилей.

2. Механический привод бурового насоса по п.1, отличающийся тем, что соединение каждой цапфы под подшипник качения с соответствующей плитой коленчатого вала выполнено с помощью профильного соединения.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.11.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009